中华人民共和国国家发展和改革委员会

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    编者按:国家发展改革委深入贯彻落实党中央、国务院决策部署,实施能源消耗总量和强度“双控”行动,将节能提高能效作为经济转型升级、能源绿色转型的重要抓手,综合运用经济、法律、技术和必要的行政手段,全面推进节能降耗工作,取得了显著成效。2013-2017年,我国单位GDP能耗累计下降20.9%,节能10.3亿吨标准煤,以年均2.2%的能源消费增速支撑了GDP年均7.1%的增长。 为进一步总结推广节能降耗工作中的好做法、好经验,示范带动更多领域深挖节能潜力,推动高质量发展,国家发展改革委组织中国经济导报赴企业开展节能技术创新和节能实践报道活动。现选取部分优秀节能案例和企业节能降耗经验做法,供参考。 

 

S Zorb低温余热发电:化工节能技术的“新领路人”

 

中国经济导报记者  

 

    “经标定,ORC机组净发电量约为535千瓦,可满足装置总用电负荷的50%左右,可适应装置60%~100%负荷操作弹性要求,折合节能量168万千克标准煤/年,装置能耗降低大约1千克标油/吨,具有显著的节能效果和经济效益。”对于中国石化股份有限公司(以下简称“中石化”)建立的第一套对汽油产品低温热进行回收并发电的装置——燕山石化公司2# S Zorb装置低温余热发电项目的运行效果,中石化相关技术负责人显得格外自信。

    虽然是“第一个吃螃蟹的人”,燕山石化公司2# S Zorb装置低温余热发电项目从设计到投产却十分顺利,“余热综合利用系统设计能力为105万吨/年,设计年运行时间为8400小时。2015918,蒸发器引油,并于当日一次开车并网成功。”该负责人告诉中国经济导报记者,项目运行至今,并无类似于装置修改、整体设备出现问题等情况出现,运行状态十分平稳,并且装置检修期间以及在预留接口的前提下不停工均可实施。

 

低温热能化身高品质电能

    据了解,在低温热利用的各种途径中,低温热发电是一种重要的能量回收形式,可以将低温热能直接转化成高品质的电能。在大量低温热过剩,难以找到合适的回收渠道时,采用低温热发电是一种有效途径。

    中国经济导报记者了解到,目前,S Zorb装置低温余热发电工业化应用项目已经列入中石化科技部科技开发项目,ORC余热发电技术将形成技术标准,并拟全面在石化系统内其余S Zorb装置上推广应用,预期的节能量能达到5500万千克标准煤/年。

    长岭石化S Zorb装置ORC发电机组正在调试运行;安庆石化S Zorb装置、柴油加氢装置ORC发电机组的详细设计已经完成;茂名石化柴油加氢装置ORC发电机组正在调试运行;SEI(中国石化工程建设有限公司)已实现S Zorb装置低温余热工业化运行业绩3套,规划设计项目10余套……该低温余热发电技术推广速度日新月异。同时中国经济导报记者还了解到,以燕山石化公司项目为依托,SEI还承担了中国石化集团公司2015年科技开发项目《低温余热发电成套技术开发及工业应用》,进一步推广到石化行业具有类似低温余热资源的重整装置、柴油加氢装置等各种类型工艺装置和系统单元,节能量达到40*104万千克标准煤/年。

技术革新解决行业难题

    那么,人们不禁要发问,究竟低温余热发电解决了哪些行业难题?其重要技术价值体现在哪儿?为什么要如此迅速地进行推广?众所周知,石化行业能源消耗量占工业总能耗的16%左右。中石化每年的燃料消耗约为4000万吨标油,其中很大一部分是以余热的形式散失掉。

    据了解,低温余热主要为温位在90~150的余热资源,包括热媒水、烟气、低压放散蒸汽、待冷却的工艺物流等。在化工、水泥、冶金等众多行业,低温余热资源丰富,但由于缺乏相应的技术,长期以来,除少量用于制冷、供热外,大量低温余热白白浪费。在有些工艺中,甚至需要采用空冷、水冷等耗能的方式处理低温热。在此过程中,不但没有节能,反而损耗了大量的其他能源。

    “回收利用好这部分余热对实现节能减排目标、降本增效和增强企业竞争力具有重大战略意义。”中石化相关技术负责人表示。

    S Zorb装置是如何进行低温余热发电的?据介绍,以一套120万吨/年的S Zorb装置为例,塔底油的低温位余热(135~70)设计负荷约为7兆瓦,正常操作工况热负荷约为5~6兆瓦,采用ORC有机朗肯循环发电,毛发电量约为600~700千瓦,系统循环发电效率为8%~10%,净发电量约为500~600千瓦。

    2# S Zorb装置的塔底油低温位余热(130~140/70),设置了ORC有机朗肯循环发电机组。在设计工况下,ORC机组净发电量约为540千瓦,可满足装置总用电负荷的50%左右。”该负责人告诉中国经济导报记者。

应用条件受限不影响技术推广

    实际上,S Zorb装置低温余热发电项目技术推广优势十分明显:其一,在无法直接利用的情况下,大多工艺低温余热(>100)都可以用于发电;其二,利用余热发电的同时,还可以停用原物流冷却用的空冷器和水冷器,既节电又节水;其三,余热发电最大的优势是发出的电能使用不受限制,不会受热阱条件的变化而影响装置的正常运行;其四,余热发电机组事故停车,对本装置以及其他装置的安全稳定运行基本没有影响。

    不过,技术在案例实际应用环节也会遇到一些问题。例如,由于冬、夏季对汽油蒸汽压要求不同,稳定塔操作参数将会有所变化,会对发电功率有所影响。据介绍,虽然余热综合利用系统可以满足设计发电量,但毛发电功率和自用功率均略大于设计值。

    同时,该余热发电技术有其固定的适用条件——用于发电的余热温位应相对较高,最好大于100,热量相对集中为1~5兆瓦。对温位低于100的余热资源,中石化相关技术负责人表示,一般不建议采用余热发电回收,可考虑余热除盐水、余热制冷、罐区维温、伴热等利用措施。“某炼化企业热水发电项目热煤水70/95,余热发电机组循环效率仅为5%,所以必须符合适用条件才能发挥技术的最大效益和价值。不过,条件的固定并不会影响技术的进一步推广。”

    当然,设计余热发电系统也有一定的要求。比如,要对工艺装置设计和运行有深入了解,要对各种余热发电技术优点和缺点全面掌握,取热系统设计要安全、换热设备安全可靠以及预防措施到位,不影响装置安全生产(如芳烃装置取热系统泄漏对吸附剂的危害),以及在各种情况下,低温发电系统不应对工艺装置生产负荷、平稳运行、安全生产、产品质量有任何影响等。

    据相关资料显示,现阶段我国工业余热的回收效率只有发达国家的80%左右,因此,提高能源利用效率是目前我国节能减排的工作重点。对余热资源巨大的炼化企业而言,S Zorb装置低温余热发电技术的大型工业应用,可以充分实现能源的梯级利用,并形成拥有自主知识产权和核心竞争力的节能产品。在这种背景下,燕山石化公司2# S Zorb装置低温余热发电项目无疑可为炼化企业低温热资源的回收利用、减少碳排放、节能降耗提供良好的借鉴和示范。